Un laser ressemble à un diapason qui vibre sur une seule note. Mais même dans un silence total, son son tremble légèrement. On pensait auparavant que ce tremblement – les secousses aléatoires dues à l'émission spontanée de lumière par les atomes à l'intérieur du laser – était la principale limite de précision. Une nouvelle étude montre qu'il existe une deuxième source de bruit, plus silencieuse mais omniprésente.
Les auteurs ont démontré que le décalage de fréquence minimal (la plus faible variation de signal encore détectable) pour un laser monomode idéal est la moyenne géométrique entre la bande de mesure et la largeur de raie de Schawlow-Townes, multipliée par un coefficient. Dans certaines conditions, ce coefficient peut être bien supérieur à un. En d'autres termes, une sensibilité record n'est pas simplement une raie étroite, mais un équilibre entre la vitesse de mesure et le bruit de phase fondamental.
Trois schémas ont été testés : l'interféromètre de Mach-Zehnder à bras inégaux, le résonateur passif de Fabry-Perot et l'hétérodynage avec un laser de référence. Pour chacun, on a trouvé les conditions dans lesquelles le bruit du vide cesse d'être un fond imperceptible et commence à dicter la limite. Cela est important pour les capteurs qui détectent les ondes gravitationnelles, surveillent l'activité sismique ou recherchent la matière noire.
Le bruit du vide n'est pas qu'une construction théorique. En optique quantique, il ajoute réellement de l'incertitude aux mesures, comme si le vide lui-même « brillait » légèrement.